用于耳蜗植入物刺激的系统和方法技术方案

公开了一种选择用于耳蜗植入物或听觉植入物的刺激的方法。该方法可以包括：捕获声学信号；将声学信号划分为多个频带；确定每个频带的平均声能；对于每个频带：比较平均声能与针对相邻频带确定的平均声能；合并平均声能之间的差小于声能阈值的相邻频带；基于每个频带的带宽，选择一种或更多种类型的刺激以施加到耳蜗中的一个或更多个位置。该一种或更多种类型的刺激可以选自：电刺激、光学刺激和光电刺激，并且耳蜗中或沿着听觉神经的该一个或更多个位置对应于声学信号的特定频率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于耳蜗植入物刺激的系统和方法政府权益说明本专利技术是在美国政府的支持下做出的，由美国国立卫生研究院(USANationalInstitutesofHealth)授予了授权号R01DC011855。美国政府享有本专利技术的某些权利。
本专利技术涉及耳蜗植入物中的神经刺激。更具体地，本专利技术涉及用于选择用于耳蜗植入物的神经刺激的系统和方法。
技术介绍
耳蜗植入物(CI)是外科植入的神经假体装置，其为中度至深度的感觉神经性听力损失的人提供声音感觉。可商购的CI包括一系列电触点(电极)，其可通过外科手术被嵌入耳蜗(鼓膜)以刺激耳蜗神经。大多数可商购的CI包括12-22个电触点。选择沿耳蜗螺旋的每个电触点的接触位置，以便刺激耳蜗神经的不同部分，该部分对应于不同的声学频带。CI还包括：被配置为捕获声学信号(例如，语音、音乐等)的麦克风；以及声音处理器，声音处理器被配置为将声学信号划分为与CI与耳蜗螺旋的电触点的数量相对应的多个频带。然后，处理器确定应该向哪个电触点和以哪个强度传递电流，以便刺激沿耳蜗神经的对应位置。然而，由于电流在组织中的广泛散布，导致沿着耳蜗的多达8个独立的频率通道，每个电触点都刺激了很大一部分耳蜗神经。进行了一些改进以提高电刺激的空间分辨率，如绕蜗轴电极(peri-modiolarelectrode)设计，其将电极及其电触点定位为更靠近耳蜗神经元，以及电流控制，其使用相邻通道之间的相互作用和干扰来唤醒感知，该相互作用和干扰是在用于传递电流的电极触点的部位之间。该策略增加了CI用户可以感知的音调数量。已经提出了使用光子的神经刺激用于包括CI的下一代神经假体。光子刺激的潜在好处是其对小神经元种群的空间选择性激活。沿着耳蜗刺激较小的螺旋神经节神经元(SGN)种群提供了更多的独立通道来编码声学信息。在嘈杂的聆听环境中，可以以更高的保真度和性能恢复听力，并且音乐欣赏度可能会提高。刺激神经所需的能量取决于刺激技术。电流是最有效的一种技术，而光学刺激需要较高的刺激能量，并且此外，将电力转换为刺激光的有限效率增加了能耗和散热。有两种已知的用于光学神经刺激的方法，光遗传学(optogenetics)刺激和红外神经刺激(INS)。光遗传学需要病毒载体来表达靶神经元膜中的光敏离子通道。INS不需要此类处理，因为在INS期间，靶组织中的流体吸收光子，并且能量被转换成热量。结果是快速的温度变化(dT/dt)，其导致细胞膜的电容性变化，温度敏感离子通道(诸如瞬时受体电位通道)的激活，钾和钠通道的门控动力学变化，GABA能传递的调制(例如，与神经递质GABA(γ-氨基丁酸)有关或影响神经递质GABA。如果突触使用GABA作为其神经递质，则突触具有GABA能)，第二信使的激活，钙在细胞中的释放，或导致机械事件，诸如具有可测量压力的应力松弛波。试图获得光学刺激的高分辨率，同时通过组合的电刺激和光学刺激使所需能量最小化。在这种尝试中，通过亚阈值电刺激结合超阈值光学刺激获得了功率需求的降低。该方法的益处是减少了刺激所需的能量，减少了散发的热量，尤其是来自发光器的热量，同时具有了由刺激光的散布所定义的高分辨率刺激。空间上更局限的刺激产生了更多独立的通道，从而改善了语音识别和音乐欣赏。然而，建议的方法仍然需要为每个接收到的声学信号使用大量的发光器。因此，以可以允许进一步减少能量消耗而不降低提供给用户的听力体验(例如，语音识别和音乐欣赏)的方式使用电刺激和光学刺激是有益的。专利技术概述本专利技术的一些方面可以包括选择用于耳蜗植入物的刺激的方法。在一些实施例中，该方法可以包括：捕获声学信号；将声学信号划分为多个频带；确定每个频带的平均声能；对于每个频带：比较平均声能与针对相邻频带确定的平均声能；合并平均声能之间的差小于声能阈值的相邻频带；基于每个频带的带宽，选择一种或更多种类型的刺激以施加到耳蜗中的一个或更多个位置。在一些实施例中，一种或更多种类型的刺激可以选自：电刺激、光学刺激和光电刺激，并且耳蜗中的一个或更多个位置可以对应于声学信号的特定频率。在一些实施例中，该方法可以进一步包括：如果合并的频带具有小于或等于带宽限制值的带宽，则继续合并相邻频带。在一些实施例中，带宽限制值可以等于与受电刺激的电流散布影响的神经元相对应的频率的带宽。在一些实施例中，选择电刺激是针对合并的相邻频带。在一些实施例中，选择光学刺激和光电刺激之一是针对未合并的频带。在一些实施例中，选择电刺激是针对具有高于带宽阈值的组合频率带宽的合并的相邻频带。在一些实施例中，选择光学刺激和光电刺激之一是针对具有低于带宽阈值的组合频率带宽的合并的频带。在一些实施例中，光电刺激可以包括在基本上相同的位置处生成电刺激和光学刺激，其中，电刺激和光学刺激中的每一个具有低于刺激水平的强度水平。在一些实施例中，频带的数量由可用于刺激的发光器和电极触点的最大数量确定。在一些实施例中，对于光遗传学刺激，光学刺激的波长可以是400-1064nm。在一些实施例中，对于红外神经刺激，光学刺激的波长可以是1064-2500nm。本专利技术的一些其它方面可以针对生成用于耳蜗植入物的刺激的方法。在一些实施例中，该方法可以包括：捕获声学信号；将声学信号划分为多个频带；确定每个频带的平均声能；对于每个频带，比较平均声能与针对相邻频带确定的平均声能；合并平均声能之间的差小于声能阈值的相邻频带；基于每个频带的带宽，选择一种或更多种类型的刺激以施加到耳蜗中的一个或更多个位置；以及使用以下中的至少一项在耳蜗中的一个或更多个位置处生成所选的一种或更多种类型的刺激：一个或更多个电触点，以及一个或更多个发光器。在一些实施例中，一种或更多种类型的刺激可以选自：电刺激、光学刺激和光电刺激，并且耳蜗中的一个或更多个位置可以对应于声学信号的特定频率。在一些实施例中，该方法可以进一步包括如果合并的频带可以具有小于或等于带宽限制值的带宽，则继续合并相邻频带。在一些实施例中，带宽限制值可以等于与受电刺激的电流散布影响的神经元相对应的频率的带宽。本专利技术的一些实施例可以针对选择用于听觉植入物的刺激的方法。在一些实施例中，该方法可以包括：捕获声学信号；将声学信号划分为多个频带；确定每个频带的平均声能；对于每个频带：比较平均声能与针对相邻频带确定的平均声能；合并平均声能之间的差小于声能阈值的相邻频带；基于每个频带的带宽，选择一种或更多种类型的刺激以施加到沿着听觉神经的一个或更多个位置。在一些实施例中，一种或更多种类型的刺激可以选自：电刺激、光学刺激和光电刺激，以及沿着听觉神经的一个或更多个位置对应于声学信号的特定频率。在一些实施例中，该方法可以进一步包括如果合并频带可以具有小于或等于带宽限制值的带宽，则继续合并相邻频带。附图说明在说明书的结论部分中特别指出并明确要求保护被视为本专利技术的主题。然而，当结合附图阅读以下详细说明时，可以最好地理解本专利技术的组织和操作方法以及其目的、特征和优点，在附图中：图1示出了根据本专利技术一些实施例的示例性CI装置的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种选择用于耳蜗植入物的刺激的方法，包括：/n捕获声学信号；/n将所述声学信号划分为多个频带；/n确定每个频带的平均声能；/n对于每个频带：/n比较所述平均声能与针对相邻频带确定的平均声能；/n合并平均声能之间的差小于声能阈值的相邻频带；/n基于每个频带的带宽，选择一种或更多种类型的刺激以施加到耳蜗中的一个或更多个位置，/n其中，所述一种或更多种类型的刺激选自：电刺激、光学刺激和光电刺激，以及/n其中，耳蜗中的所述一个或更多个位置对应于所述声学信号的特定频率。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180814 US 62/718,5691.一种选择用于耳蜗植入物的刺激的方法，包括：
捕获声学信号；
将所述声学信号划分为多个频带；
确定每个频带的平均声能；
对于每个频带：
比较所述平均声能与针对相邻频带确定的平均声能；
合并平均声能之间的差小于声能阈值的相邻频带；
基于每个频带的带宽，选择一种或更多种类型的刺激以施加到耳蜗中的一个或更多个位置，
其中，所述一种或更多种类型的刺激选自：电刺激、光学刺激和光电刺激，以及
其中，耳蜗中的所述一个或更多个位置对应于所述声学信号的特定频率。


2.根据权利要求1所述的方法，还包括：如果合并的频带具有小于或等于带宽限制值的带宽，则继续合并相邻频带。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述带宽限制值等于与受电刺激的电流散布影响的神经元相对应的频率的带宽。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，选择电刺激是针对合并的相邻频带。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，选择光学刺激和光电刺激之一是针对未合并的频带。


6.根据权利要求5所述的方法，其中，选择电刺激是针对具有高于带宽阈值的组合频率带宽的合并的相邻频带。


7.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，选择光学刺激和光电刺激之一是针对具有低于带宽阈值的组合频率带宽的合并的频带。


8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述光电刺激包括在基本上相同的位置处生成电刺激和光学刺激，其中，所述电刺激和所述光学刺激中的每一个具有低于刺激水平的强度水平。


9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，频带的数量由可用于刺激的发光器和电极触点的最大数量确定。


10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，对于光遗传学刺激，所述光学刺激的...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹·大卫·阿尔贝克，克劳斯·彼得·里克特，
申请(专利权)人：纽络通医疗有限公司，西北大学，
类型：发明
国别省市：以色列;IL